La photosynthèse et la respiration sont deux processus majeurs de croissance des plantes qui sont essentiels à des plantes saines et à des cultures de qualité.
Pendant la photosynthèse, les feuilles photosynthétiques et les cellules souches utilisent l'énergie du soleil pour combiner le dioxyde de carbone (CO2) de l'air avec l'eau absorbée par les cellules des racines afin de produire du sucre sous forme de glucose. Ce glucose est utilisé dans de nombreux processus métaboliques dans toutes les parties de la plante, notamment la production de cellulose et d’amidon.
Le glucose est également une source de carburant clé pour la respiration des cellules racinaires, un processus qui est essentiellement l’inverse de la photosynthèse.
Pendant la respiration, les cellules des racines brûlent le glucose transporté par les feuilles. Le glucose est converti en énergie cellulaire (appelée adénosine triphosphate ou ATP) et utilisé pour piloter les processus métaboliques, principalement l'absorption d'eau et de nutriments.
Sans oxygène, la respiration ne se produit pas. L'oxygène est le dernier accepteur d'électrons. La respiration aérobie est nécessaire pour convertir le glucose en ATP.
L'oxygène est le facteur limitant pour des cultures de qualité
La quantité d’oxygène disponible pour les cellules racinaires est liée aux taux de croissance des plantes et aux rendements des cultures. Sans suffisamment d’oxygène, la quantité de sucre que les cellules racinaires peuvent brûler et la quantité d’eau et de nutriments qu’elles peuvent absorber sont limitées.
Réduire le taux d’absorption d’eau et de nutriments par une plante limite directement son taux de croissance global ainsi que le rendement et la qualité de ses fruits. Les plantes affaiblies sont plus sensibles aux maladies et moins résistantes aux stress environnementaux, tels que les températures élevées pendant les mois les plus chauds.
L’oxygénation de la zone racinaire est une pratique courante dans les serres. Ceci est encore plus important dans les climats plus chauds car il y a moins d’oxygène dissous (OD) dans l’eau à des températures plus élevées.
De plus, les producteurs qui réutilisent l’eau d’irrigation doivent améliorer la qualité de l’eau après chaque irrigation.
Culture de cultures en extérieur et aération de l’eau
Outre les producteurs en serre, les producteurs de grandes cultures spécialisées bénéficient également de l’aération de l’eau d’irrigation.
L’eau de puits – et les réservoirs contenant de l’eau de puits – manquent souvent de suffisamment d’oxygène pour maintenir la santé des plantes. S'il y a des composés organiques dans le réservoir, généralement provenant de feuilles et de graines soufflées par le vent, de déjections d'oiseaux, d'agents pathogènes et d'algues, la demande biochimique en oxygène (DBO) de l'eau sera élevée.
Cela signifie que les micro-organismes ont besoin de plus d’oxygène dissous pour décomposer les composants organiques présents. Les méthodes d'oxygénation sont essentielles pour obtenir une OD acceptable afin de réduire la DBO et de favoriser la santé des racines des plantes.
De plus, une nouvelle étude de 2022 confirme que des niveaux plus élevés d’oxygène dans le sol (dus au traitement de l’eau super-oxydée) favorisent des activités microbiennes bénéfiques dans le sol telles que la minéralisation du sol et la conversion des nutriments, ce qui améliore les rendements des cultures, l’efficacité de l’utilisation de l’eau et la fertilité du sol.
Qu’il s’agisse d’eau stockée dans un réservoir ou directement d’une source, une eau d’irrigation riche en oxygène et de haute qualité est essentielle au développement des racines et à la croissance des plantes.
Oxygène et maladie
L’oxygène est également essentiel pour réduire et supprimer les maladies telles que les espèces de Pythium ou les infections à Phytophthora. Des niveaux d’oxygène dissous très élevés favorisent la croissance de micro-organismes bénéfiques tels que les mycorhizes et suppriment les agents pathogènes anaérobies.
Si les niveaux d’oxygène dissous sont faibles dans la zone racinaire, cela peut affecter la morphologie, le métabolisme et la croissance des racines et des plantes.
Ces écarts ont un impact négatif sur la croissance des plantes et les rendent plus sensibles aux maladies.
Technologies d'oxygénation
Jusqu'à récemment, les producteurs avaient le choix entre quelques méthodes traditionnelles d'aération de l'eau, mais ces méthodes fonctionnaient assez mal.
Les diffuseurs ont une efficacité de transfert d'oxygène de 1-2 %, et les systèmes venturi et sparger ont une efficacité de transfert d'oxygène d'environ 20-40 %. Bien que les venturis et les brumisateurs aient des taux de transfert élevés, ils sont inefficaces et peu rentables pour les producteurs.
Étant donné que la capacité de l'eau à retenir l'oxygène dissous diminue à mesure que la température augmente, de nombreux producteurs utilisent des systèmes de refroidissement par eau dans leurs systèmes d'aération traditionnels. Les systèmes de refroidissement consomment beaucoup d'énergie et augmentent considérablement les coûts d'exploitation, ce qui réduit la durabilité et la rentabilité, d'autant plus que les coûts énergétiques continuent d'augmenter.
Technologie des nanobulles
La technologie des nanobulles est un moyen durable et rentable d’augmenter l’oxygène dissous dans la zone racinaire à des niveaux optimaux. La technologie brevetée de Moleaer a un taux de transfert d'oxygène de plus de 85 %, permettant aux producteurs d'augmenter efficacement l'oxygène dissous en utilisant moins de ressources.
Les nanobulles constituent également une méthode éprouvée, sans produits chimiques, pour désinfecter efficacement l'eau et les conduites d'irrigation, prévenant ainsi les maladies des racines d'origine hydrique et l'accumulation de biofilm. Ces avantages améliorent la qualité de l’eau, augmentent la vigueur des plantes et réduisent le recours aux applications chimiques.
Superoxygénation des nanobulles
Le taux de transfert de gaz plus élevé permet au générateur de nanobulles d’augmenter rapidement et efficacement les niveaux d’oxygène dissous. Les producteurs peuvent configurer le générateur de nanobulles pour cibler l'oxygène dissous afin d'optimiser l'utilisation de l'oxygène pour leurs cultures. La technologie de Moleaer permet aux producteurs d'augmenter les niveaux d'OD dans la zone racinaire d'au moins 50 à 100 pour cent, en maintenant des concentrations constantes même dans l'eau chaude.
À ce niveau, les cellules des racines absorbent plus efficacement l’eau et les nutriments. Lorsque les cellules racinaires sont capables d’absorber autant d’eau et de nutriments que possible, le développement des racines, la croissance des plantes et les rendements des cultures sont maximisés.
Les nanobulles réduisent également les agents pathogènes et le biofilm
En plus d’une oxygénation efficace, la technologie des nanobulles produit des nanobulles aux propriétés chimiques et physiques uniques. Grâce à ces propriétés, les nanobulles réduisent les agents pathogènes et le biofilm d’origine hydrique.
Les nanobulles ont une flottabilité neutre, ce qui signifie qu'elles restent en suspension dans le liquide plutôt que de remonter à la surface et d'éclater comme des bulles plus grosses. À mesure que l’eau d’irrigation s’écoule, les nanobulles se déplacent constamment et de manière aléatoire dans certaines parties du système d’eau selon le mouvement brownien.
Ils sont attirés par des surfaces telles que les parois des tuyaux d’irrigation, où ils s’usent et récurent le biofilm, une matrice qui se forme sur la plupart des surfaces en contact avec l’eau. Les biofilms abritent des agents pathogènes et peuvent obstruer les émetteurs d’irrigation lorsqu’ils s’accumulent.
La réduction du biofilm limite la propagation des agents pathogènes et prolonge la durée de vie des systèmes d'irrigation. De plus, les producteurs sont en mesure de réduire les applications de produits chimiques pour éliminer le biofilm.
Sans utiliser de produits chimiques, les nanobulles peuvent également dissoudre les cellules bactériennes et oxyder les agents pathogènes présents dans l’eau. Lorsque les nanobulles rencontrent des contaminants, elles éclatent et produisent des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les espèces réactives de l'oxygène sont des oxydants doux, tels que le peroxyde d'hydrogène ou le chlore.
Comme l'ont récemment expliqué des scientifiques de l'Université du Massachusetts et de l'Université d'État de l'Arizona, « les ROS générés par les nanobulles pourraient être les plus prometteurs pour le traitement de l'eau, car ils permettent de s'éloigner des oxydants d'origine chimique (chlore, ozone) qui sont coûteux à traiter. dangereux et produisent des sous-produits nocifs, tout en aidant à atteindre des objectifs de traitement importants (par exemple, destruction des contaminants organiques, des agents pathogènes, des biofilms)."
Les producteurs utilisent la technologie des nanobulles pour réduire les agents pathogènes et le biofilm
Les producteurs ont constaté des réductions significatives des agents pathogènes d'origine hydrique tels que le Pythium et le Phytophthora dans l'eau d'irrigation infusée de nanobulles.
L'organisme de recherche néerlandais NovaCropControl a réalisé une étude sur les cultures de tomates en serre irriguées avec de l'eau d'irrigation infusée de nanobulles. Ils ont constaté une diminution de 80 % des niveaux de Pythium, un pathogène hydrique courant qui affecte la santé des racines.
Une autre étude a été menée à l’Institut Delphi aux Pays-Bas et a porté sur les cultures de fraises. Les chercheurs ont constaté une réduction de 74 % du nombre de Pythium, une diminution des cas de maladie à Phytophthora et une qualité globale des racines plus saine.